高精度拼接反射镜支撑驱动结构的制作方法

本发明涉及空间光学技术领域，尤其涉及一种适用于大口径拼接反射镜高精度共相用反射镜支撑和压电驱动一体化结构。

背景技术：

由于光学遥感器中反射镜的口径直接决定了光学系统所能达到的空间分辨能力，随着空间探测精度要求的越来越高，光学遥感器的反射镜口径越来越大。反射镜口径达到10m的大口径空间光学遥感相机，采用整体式主镜是不可能实现的，也没有必要采用整体式主镜，因为口径为10m量级的整体式反射镜无论从加工、制造、装调、检测、运输还是对运载火箭的眼球都是极高的，因此，针对大口径反射镜均采用拼接主镜来代替单一主镜，拼接主镜由口径较小的子镜拼接构成，子镜便于制造、运输、安装以及维修。

采用拼接主镜成像方式的空间光学遥感器的主镜为可展开结构，主镜由分块子镜拼接构成，发射时主镜及支撑机构折叠收拢，入轨后同步驱动展开，在主动控制下精确地拼接成为一共相位主镜。

但是，目前还没有实现大口径反射镜在轨展开拼接，其难点在于各子镜的拼接的共相精度要求极高，在地面验证时共相精度很难达到光学成像要求，因此，提高各子镜共相是拼接反射镜研究的重点内容。

技术实现要素：

本发明的目的是在于解决现有技术中还没有实现大口径反射镜在轨展开拼接的机构的技术问题，提供了一种在保证拼接反射镜面形精度条件下实现反射镜组件的全自由度约束、同时实现对拼接子反射镜多个自由度的高精度调整的支撑驱动结构。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的高精度拼接反射镜支撑驱动结构，该支撑驱动结构与子反射镜形成为一体式结构，该支撑驱动结构主要包括：

支撑杆组件，所述支撑杆组件一端与固定平台连接、所述支撑杆组件的另一端与所述子反射镜连接；

柔性结构，所述支撑杆组件与固定平台的连接处、以及支撑杆组件与所述子反射镜的连接处均形成有所述柔性结构；

所述子反射镜被配设为多边形结构的镜体；

所述支撑杆组件包括多根支撑杆；

所述支撑杆的数量与所述子反射镜的边数匹配，且所述支撑杆的支撑方向互不相同以对所述子反射镜提供不同方向的约束力；

所述支撑杆内部集成有压电陶瓷驱动器；

所述支撑杆与其两端集成的柔性结构组成一调节部件；

所述调节部件通过压电陶瓷驱动器驱动以调整所述子反射镜的对应位置。

进一步的，所述支撑杆包括杆体，所述杆体的内部形成有嵌装腔，所述压电陶瓷驱动器嵌入所述嵌装腔内；

所述压电陶瓷驱动器与所述杆体的连接处通过矢量刚度法设计为杆内连接结构；

所述嵌装腔包括形成于支撑杆下端的第一腔、以及用以嵌装所述压电陶瓷驱动器的第二腔；

所述第一腔与所述第二腔同轴，且所述第一腔的截面尺寸小于所述第二腔，所述第二腔与所述第一腔的连接处形成为平面结构；

所述压电陶瓷驱动器的下端与第二腔的下端贴合；

所述嵌装腔还包括形成于所述第二腔上端的第三腔；

所述第三腔与所述第二腔同轴，且所述第三腔的截面尺寸小于所述第二腔的截面尺寸，所述第二腔与所述第三腔的连接处形成为斜面结构；

所述压电陶瓷驱动器的上端与所述斜面结构预留空隙；

所述平面结构和所述斜面结构组成所述压电陶瓷驱动器和支撑杆的杆内连接结构。

进一步的，所述斜面结构包括靠近所述压电陶瓷驱动器一侧的第一面、以及远离所述压电陶瓷驱动器并朝向外部的第二面；

所述第一面为斜面；

所述第二面为平面；

所述第一面为由内至外倾斜向上的斜面，且所述第一面的倾斜角度为5°；

该斜面结构上开设有刚度槽；

所述刚度槽分为开设于所述第一面的第一刚度槽、和开设于所述第二面的第二刚度槽；

所述第一刚度槽的深度由外至内依次增大，且所述第一刚度槽的增大倍率为1.1倍；

所述第二刚度槽为等深刚度槽。

进一步的，至少所述支撑杆的上端形成有变刚度结构；

所述变刚度结构为截面尺寸小于所述支撑杆截面尺寸的圆筒结构；

所述支撑杆通过所述变刚度结构与所述柔性结构连接。

进一步的，所述柔性结构沿其周向间隔开设有多组应力释放槽。

在上述技术方案中，本发明提供的高精度拼接反射镜支撑驱动结构，具有以下有益效果：

1、本发明的支撑驱动结构在支撑杆内集成压电陶瓷驱动器、并通过柔性结构与子反射镜连接，不但能够很好的解决了拼接反射镜高精度共相需要，还可以大大减轻反射镜组件的重量和体积，对于实现大口径拼接反射镜在轨成像具有重要意义；

2、本发明的支撑驱动结构根据子反射镜的形状配设多组支撑方向不同的支撑杆，能够合理约束子反射镜在多个自由度，以实现高精度调整；本发明的压电陶瓷驱动器为纳米级压电陶瓷驱动器，配合外部的柔性结构能够实现高精度地适应支撑杆的伸长和缩短。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的高精度拼接反射镜支撑驱动结构的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的高精度拼接反射镜支撑驱动结构的支撑杆的剖视图；

图3为本发明实施例公开的高精度拼接反射镜支撑驱动结构的压电陶瓷驱动器与支撑杆的矢量刚度法设计连接结构的示意图。

附图标记说明：

101、子反射镜；102、固定平台；

2、支撑杆；3、柔性结构；4、变刚度结构；

201、压电陶瓷驱动器；202、第一腔；203、第二腔；204、第三腔；205、第一面；206、第二面；207、第一刚度槽；208、第二刚度槽；

301、应力释放槽。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1至图3所示；

其中，图1示出了本实施例公开的一种高精度拼接反射镜支撑驱动结构的结构示意图；

本实施例公开了一种高精度拼接反射镜支撑驱动结构，该支撑驱动结构与子反射镜101形成为一体式结构，该支撑驱动结构主要包括：

支撑杆组件，支撑杆组件一端与固定平台102连接、支撑杆组件的另一端与子反射镜101连接；

柔性结构3，支撑杆组件与固定平台102的连接处、以及支撑杆组件与子反射镜101的连接处均形成有柔性结构3；

子反射镜101被配设为多边形结构的镜体；

支撑杆组件包括多根支撑杆2；

支撑杆2的数量与子反射镜101的边数匹配，且支撑杆2的支撑方向互不相同以对子反射镜101提供不同方向的约束力；

支撑杆2内部集成有压电陶瓷驱动器201；

支撑杆2与其两端集成的柔性结构3组成一调节部件；

调节部件通过压电陶瓷驱动器201驱动以调整子反射镜101的对应位置。

具体的，本实施例公开的支撑驱动结构主要用于与子反射镜101形成为一体化设计，通过调整支撑杆2的长度来实现对子反射镜101位置和姿态的太正，以实现反射镜在轨拼接的技术要求。

其中，本实施例的支撑驱动结构主要与子反射镜101形成为一体化设计，其中，支撑杆2一端与固定平台102连接，而另一端则与子反射镜101连接，同时本实施例中的支撑杆2内部集成有压电陶瓷驱动器201，以驱动支撑杆2的支撑杆2的运动，同时，为了适应支撑杆2的支撑调整在支撑杆2的端部连接了柔性结构3，通过柔性结构3的来适应支撑杆2的运动。

本实施例以子反射镜101为六边形子反射镜为例，做进一步说明：

为了与六边形子反射镜适配，并且对其六个自由度进行约束，上述的支撑杆2需要配置六根，而六根支撑杆2两两一组形成为并联机构；根据六边形子反射镜的六条边的分布，合理分布上述的六根支撑杆2，以使其能够对六个自由度形成约束。

优选的，本实施例支撑杆2包括杆体，杆体的内部形成有嵌装腔，压电陶瓷驱动器201嵌入嵌装腔内；

压电陶瓷驱动器201与杆体的连接处通过矢量刚度法设计为杆内连接结构；

嵌装腔包括形成于支撑杆2下端的第一腔202、以及用以嵌装压电陶瓷驱动器201的第二腔203；

第一腔202与第二腔203同轴，且第一腔202的截面尺寸小于第二腔203，第二腔203与第一腔202的连接处形成为平面结构；

压电陶瓷驱动器201的下端与第二腔203的下端贴合；

嵌装腔还包括形成于第二腔203上端的第三腔204；

第三腔204与第二腔203同轴，且第三腔204的截面尺寸小于第二腔203的截面尺寸，第二腔203与第三腔204的连接处形成为斜面结构；

压电陶瓷驱动器201的上端与斜面结构预留空隙；

平面结构和斜面结构组成压电陶瓷驱动器201和支撑杆2的杆内连接结构。

其中，本实施例更进一步地限定了压电陶瓷驱动器201与支撑杆2的杆内连接结构的具体工艺结构；

上述的斜面结构包括靠近压电陶瓷驱动器201一侧的第一面205、以及远离压电陶瓷驱动器201并朝向外部的第二面206；

第一面205为斜面；

第二面206为平面；

第一面205为由内至外倾斜向上的斜面，且第一面205的倾斜角度为5°；

该斜面结构上开设有刚度槽；

刚度槽分为开设于所述第一面205的第一刚度槽207、和开设于第二面206的第二刚度槽208；

第一刚度槽207的深度由外至内依次增大，且第一刚度槽207的增大倍率为1.1倍；

第二刚度槽208为等深刚度槽。

本实施例将支撑杆2和压电陶瓷驱动器201集成为一体形成为一体化设计，同时，压电陶瓷驱动器201与支撑杆2内部的连接处以矢量刚度法设计，具体是在压电陶瓷驱动器201的上端与支撑杆2的连接处设计为壁厚变化的结构，并且结合其上开设的刚度槽，最终得到与支撑方向匹配的刚度值。其中，刚度槽的宽度不变，而形成于第一面205的第一刚度槽207随着斜面的走向深度逐渐变化，变化的倍率按照1.1倍设计。

优选的，为了能够与支撑杆2端部集成的柔性结构3，至少支撑杆2的上端形成有变刚度结构4；

变刚度结构4为截面尺寸小于支撑杆2截面尺寸的圆筒结构；

支撑杆2通过变刚度结构4与柔性结构3连接。

其中，上述的柔性结构3沿其周向间隔开设有多组应力释放槽301。

实际应力变化时，通过柔性结构3上开设的多组应力释放槽301能够将应力部分消除，以便能够确保支撑杆2正常调整，最终实现反射镜面形的精确调整。

在上述技术方案中，本发明提供的高精度拼接反射镜支撑驱动结构，具有以下有益效果：

本发明的支撑驱动结构在支撑杆2内集成压电陶瓷驱动器201、并通过柔性结构3与子反射镜101连接，不但能够很好的解决了拼接反射镜高精度共相需要，还可以大大减轻反射镜组件的重量和体积，对于实现大口径拼接反射镜在轨成像具有重要意义；

本发明的支撑驱动结构根据子反射镜的形状配设多组支撑方向不同的支撑杆，能够合理约束子反射镜在多个自由度，以实现高精度调整；本发明的压电陶瓷驱动器201为纳米级压电陶瓷驱动器，配合外部的柔性结构3能够实现高精度地适应支撑杆2的伸长和缩短。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。